中科院Nature发表CRISPR研究新成果

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来自中科院生物物理所、南方科技大学的研究人员在新研究中，解析了大肠杆菌CRISPRRNA导向免疫监督复合物——Cascade的结构。研究成果发布在8月12日的《自然》（Nature）杂志上。

中科院生物物理所的王艳丽（YanliWang）研究员以及南方科技大学的魏志毅(ZhiyiWei)副教授是这篇论文的共同通讯作者。王艳丽研究员的主要研究方向集中在RNA干扰相关蛋白的结构与功能研究。魏志毅副教授的研究领域包括神经发育的分子机制、细胞膜功能区的组装机制、细胞内物质运输的分子机制。

成簇的规律间隔的短回文重复序列（clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats，CRISPR）是一类独特的DNA直接重复序列家族，广泛存在于众多原核生物基因（大多数的细菌和几乎所有的古细菌）中。自2002年首次被人们所定义以来，CRISPR一直以其奇特的结构与特殊的功能吸引着各国科学家们的共同关注。

CRISPR的结构非常稳定，长度约25～50bp的重复序列（repeats）被间隔序列(spacer)所间隔。根据不同的研究结果，人们对CRISPR系统的生物学功能曾有过种种推测，最近人们发现CRISPR与Cas蛋白一起形成的CRISPR/Cas系统，在原核生物中表现出某种获得性免疫功能，帮助细菌抵御病毒的侵犯，并和DNA的重组与修复有关。

根据功能元件的不同，CRISPR/Cas系统可以分为I类系统、II类系统和III类系统。这三类系统又可以根据其编码Cas蛋白的基因不同而分为更多的亚类。在I–E亚类CRISPR/Cas系统中，来自5个Cas蛋白(CasA1B2C6D1E1)的11个亚基沿着CRISPRRNA(crRNA)组装成Cascade复合物。
在这篇文章中，研究人员报告称获得了分辨率达到3.05、分子量为405kD的大肠杆菌Cascade复合物的晶体结构，揭示出了超越早先低分辨率低温电子显微镜结构的分子细节。晶体结构显示，61个核苷酸的crRNA跨越了包含11个蛋白质亚基在内的整个复合物，在那里它与所有6个CasC亚基（CasC1–6）发生了相互作用，CasD和CasE分别锚定在它的5′和3′末端重复序列上。
crRNA间隔序列区沿着排列成行的CasC1–6亚基生成的凹面上一个连续的沟槽定位。从各个CasC2–6亚基伸出的5个长β发夹结构(β-hairpins)延伸到crRNA，每个β-hairpin均插入到最后的堆叠碱基（stackedbase）和邻近张开（splayed）碱基之间的间隙中，定位在前面CasC亚基的凹槽内。因此crRNA间隔序列区被分成了5个相等的片段，每个片段都包含5个堆叠碱基，两侧是一个翻转向外的碱基。每个crRNA间隔序列片段均以相似的方式与CasC互作。此外，这一结构还解释了种子序列（seedsequence）在靶向DNA识别中起重要作用的原因。

新研究结果揭示出了，介导RNA导向免疫监督的这一Cascade复合物生成所必需的蛋白质-蛋白质以及蛋白质-RNA排列与相互作用的一些新分子细节。

（生物通：何嫱）